WO2017209169A1

WO2017209169A1 - 磁気センサ

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Publication number: WO2017209169A1
Application number: PCT/JP2017/020202
Authority: WO
Inventors: 修二岡部; 弘毅堤
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2016-05-31
Filing date: 2017-05-31
Publication date: 2017-12-07
Anticipated expiration: 2018-11-30

Abstract

磁気センサは、第１磁気抵抗素子(１２０ａ，１２０ｂ)と、第２磁気抵抗素子(１３０ａ，１３０ｂ)と、絶縁層(３０)と、絶縁層(３０)上に位置する、第１磁性体部材(４０)および第２磁性体部材(５０)のうちの少なくとも第１磁性体部材(４０)とを備える。第１磁気抵抗素子(１２０ａ，１２０ｂ)は、外周縁および内周縁のうちの少なくとも外周縁を有する。第１磁性体部材(４０)は、絶縁層(３０)に直交する方向から見て、第１磁気抵抗素子(１２０ａ，１２０ｂ)の外周縁より内側の領域に位置している。第２磁気抵抗素子(１３０ａ，１３０ｂ)は、絶縁層(３０)に直交する方向から見て、第１磁気抵抗素子(１２０ａ，１２０ｂ)の内周縁より内側の領域に位置して第１磁性体部材(４０)で覆われている、または、第１磁気抵抗素子(１２０ａ，１２０ｂ)の外周縁より外側の領域に位置して第２磁性体部材(５０)で覆われている。

Description

磁気センサ

　本発明は、磁気センサに関し、特に、磁気抵抗素子を含む磁気センサに関する。

　磁気センサの構成を開示した先行文献として、特開２０１３－４４６４１号公報(特許文献１)、国際公開第２０１５／１８２３６５号(特許文献２)、および、国際公開第２０１６／０１３３４５号(特許文献３)がある。

　特許文献１に記載された磁気センサは、互いに接続されてブリッジ回路を構成し、ミアンダ状に各々形成された、第１磁気抵抗素子、第２磁気抵抗素子、第３磁気抵抗素子および第４磁気抵抗素子を備える。第１磁気抵抗素子、第２磁気抵抗素子、第３磁気抵抗素子および第４磁気抵抗素子の表面は、絶縁膜によって覆われている。いわゆる固定抵抗である第３磁気抵抗素子および第４磁気抵抗素子の表面には、絶縁膜を挟んで磁性材料からなる磁束集磁膜が形成されている。

　特許文献２および特許文献３に記載された磁気センサは、第１磁気抵抗素子、および、第１磁気抵抗素子より抵抗変化率が小さい第２磁気抵抗素子を備える。いわゆる感磁素子である第１磁気抵抗素子は、同心円状に配置されたパターンを含んでいる。

特開２０１３－４４６４１号公報国際公開第２０１５／１８２３６５号国際公開第２０１６／０１３３４５号

　特許文献１に記載された磁気センサにおいては、いわゆる感磁素子である第１磁気抵抗素子および第２磁気抵抗素子の各々がミアンダ状のパターンを含んでいるため、水平磁界の検出の等方性が低い。

　特許文献２および特許文献３に記載された磁気センサにおいては、第１磁気抵抗素子が同心円状に配置されたパターンを含んでいるため、水平磁界の検出の等方性は高いが、微弱な垂直磁界を検出することができない。

　本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、水平磁界の検出の等方性が高く、微弱な垂直磁界も検出することができる、磁気センサを提供することを目的とする。

　本発明に基づく磁気センサは、第１磁気抵抗素子と、第１磁気抵抗素子と電気的に接続されてブリッジ回路を構成する第２磁気抵抗素子と、第１磁気抵抗素子および第２磁気抵抗素子を覆う絶縁層と、絶縁層上に位置する、第１磁性体部材および第１磁性体部材とは異なる第２磁性体部材のうちの少なくとも第１磁性体部材とを備える。第１磁気抵抗素子は、外周縁および内周縁のうちの少なくとも外周縁を有する。第１磁性体部材は、絶縁層に直交する方向から見て、第１磁気抵抗素子の外周縁より内側の領域に位置している。第２磁気抵抗素子は、絶縁層に直交する方向から見て、第１磁気抵抗素子の内周縁より内側の領域に位置して第１磁性体部材で覆われている、または、第１磁気抵抗素子の外周縁より外側の領域に位置して第２磁性体部材で覆われている。

　本発明の一形態においては、第１磁性体部材の厚さをｘμｍとすると、第１磁気抵抗素子の少なくとも一部は、絶縁層に直交する方向から見て、第１磁性体部材の外周縁から内側に２μｍ離れた位置から、第１磁性体部材の外周縁から外側に下記式(Ｉ)で示すｙμｍ離れた位置までの、領域の少なくとも一部に位置している。
　ｙ＝－０．０００８ｘ^２＋０．２４９５ｘ＋６．６５０６　　　(Ｉ)

　本発明の一形態においては、第１磁性体部材は、絶縁層に直交する方向から見て、第１磁気抵抗素子の外周縁と同心状に位置している。

　本発明の一形態においては、第２磁気抵抗素子は、絶縁層に直交する方向から見て、第１磁気抵抗素子の内周縁より内側の領域に位置して第１磁性体部材で覆われている。第１磁性体部材は、絶縁層に直交する方向から見て、第１磁気抵抗素子の内周縁上および内周縁より内側の領域を含む領域に位置している。

　本発明の一形態においては、第２磁気抵抗素子は、絶縁層に直交する方向から見て、第１磁気抵抗素子の内周縁より内側の領域に位置して第１磁性体部材で覆われている。第１磁性体部材は、絶縁層に直交する方向から見て、第１磁気抵抗素子および第２磁気抵抗素子のうちの第２磁気抵抗素子のみを覆っている。

　本発明の一形態においては、第２磁気抵抗素子は、絶縁層に直交する方向から見て、第１磁性体部材の中心から、第１磁性体部材の外周縁から内側に７μｍ離れた位置までの、領域に位置している。

　本発明の一形態においては、第２磁気抵抗素子は、絶縁層に直交する方向から見て、第１磁気抵抗素子の外周縁より外側の領域に位置して第２磁性体部材で覆われている。第１磁性体部材は、絶縁層に直交する方向から見て、第１磁気抵抗素子および第２磁気抵抗素子のうちの第１磁気抵抗素子の一部のみを覆っている。

　本発明の一形態においては、第２磁性体部材は、絶縁層に直交する方向から見て、第１磁気抵抗素子および第２磁気抵抗素子のうちの第２磁気抵抗素子のみを覆っている。

　本発明の一形態においては、第２磁気抵抗素子は、絶縁層に直交する方向から見て、第２磁性体部材の中心から、第２磁性体部材の外周縁から内側に７μｍ離れた位置までの、領域に位置している。

　本発明の一形態においては、第１磁気抵抗素子は、絶縁層に直交する方向から見て、同心状に配置されて互いに接続された複数の第１単位パターンを含む。

　本発明によれば、水平磁界の検出の等方性が高く、微弱な垂直磁界も検出することができる磁気センサが得られる。

本発明の実施形態１に係る磁気センサの構成を示す斜視図である。図１の磁気センサを矢印ＩＩ方向から見た平面図である。本発明の実施形態１に係る磁気センサの等価回路図である。本発明の実施形態１に係る磁気センサの回路基板における磁気抵抗素子と配線との接続部の積層構造を示す断面図である。本発明の実施形態１に係る磁気センサの第１磁気抵抗素子のパターンを示す平面図である。本発明の実施形態１に係る磁気センサの第２磁気抵抗素子のパターンを示す平面図である。実験例１に係る磁気センサに垂直磁界が印加された際の磁束密度分布を示す磁束線図である。実験例１に係る磁気センサに水平磁界が印加された際の磁束密度分布を示す磁束線図である。実験例１に係る磁気センサに垂直磁界または水平磁界が印加された際の、第１磁性体部材の外周縁からの水平方向の距離と、水平方向の磁界強度との関係を示すグラフである。実験例２に係る磁気センサに垂直磁界が印加された際の、第１磁性体部材の外周縁からの水平方向の距離と水平方向の磁界強度との関係に与える、第１磁性体部材の厚さの影響を示すグラフである。水平方向の磁界強度がピーク値の１/３となる第１磁性体部材の外周縁から外側への水平方向の距離と、第１磁性体部材の厚さとの関係を示すグラフである。本発明の実施形態２に係る磁気センサの平面図である。本発明の実施形態２に係る磁気センサの第２磁気抵抗素子が有するパターンを示す平面図である。本発明の実施形態３に係る磁気センサの構成を示す斜視図である。図１４の磁気センサを矢印ＸＶ方向から見た平面図である。本発明の実施形態３に係る磁気センサの第１磁気抵抗素子のパターンを示す平面図である。本発明の実施形態３に係る磁気センサの第２磁気抵抗素子が有するパターンを示す平面図である。本発明の実施形態３に係る磁気センサの第２磁気抵抗素子が有するパターンに含まれる単位パターンを示す平面図である。本発明の実施形態４に係る磁気センサの構成を示す斜視図である。図１９の磁気センサを矢印ＸＸ方向から見た平面図である。本発明の実施形態５に係る磁気センサの構成を示す平面図である。本発明の実施形態５に係る磁気センサの第１磁気抵抗素子のパターンを示す平面図である。本発明の実施形態５に係る磁気センサの第２磁気抵抗素子のパターンを示す平面図である。

　以下、本発明の各実施形態に係る磁気センサについて図を参照して説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。

　(実施形態１)
　図１は、本発明の実施形態１に係る磁気センサの構成を示す斜視図である。図２は、図１の磁気センサを矢印ＩＩ方向から見た平面図である。図３は、本発明の実施形態１に係る磁気センサの等価回路図である。図２においては、後述する第１磁性体部材の外縁を点線で記載している。図１においては、後述する回路基板１００の幅方向をＸ軸方向、回路基板１００の長さ方向をＹ軸方向、回路基板１００の厚さ方向をＺ軸方向として示している。なお、図２においては、後述する差動増幅器および温度補償回路などは図示していない。

　図１，２に示すように、本発明の実施形態１に係る磁気センサ１は、回路基板１００と、回路基板１００上に設けられた２つの第１磁性体部材４０とを備える。

　図２，３に示すように、本発明の実施形態１に係る磁気センサ１の回路基板１００には、互いに配線によって電気的に接続されてホイートストンブリッジ型のブリッジ回路を構成する４つの磁気抵抗素子が設けられている。４つの磁気抵抗素子は、２組の第１磁気抵抗素子および第２磁気抵抗素子からなる。具体的には、磁気センサ１は、第１磁気抵抗素子１２０ａおよび第２磁気抵抗素子１３０ａと、第１磁気抵抗素子１２０ｂおよび第２磁気抵抗素子１３０ｂとを含んでいる。

　本実施形態においては、磁気センサ１は、２組の第１磁気抵抗素子および第２磁気抵抗素子を含んでいるが、これに限られず、少なくとも１組の第１磁気抵抗素子および第２磁気抵抗素子を含んでいればよい。磁気センサ１が、１組の第１磁気抵抗素子および第２磁気抵抗素子のみを含む場合には、回路基板１００にはハーフブリッジ回路が構成されている。

　第１磁気抵抗素子および第２磁気抵抗素子の各々は、ＡＭＲ(Anisotropic　Magneto　Resistance)素子である。なお、第１磁気センサおよび第２磁気センサの各々が、ＡＭＲ素子に代えて、ＧＭＲ(Giant　Magneto　Resistance)、ＴＭＲ(Tunnel　Magneto　Resistance)、ＢＭＲ(Ballistic　Magneto　Resistance)、ＣＭＲ(Colossal　Magneto　Resistance)などの磁気抵抗素子であってもよい。

　第２磁気抵抗素子１３０ａは、後述するように、第１磁性体部材４０によって磁気シールドされて垂直磁界および水平磁界をほとんど検出しない、いわゆる固定抵抗となる。第１磁気抵抗素子１２０ａは、外部磁界が印加されることによって電気抵抗値が変化するいわゆる感磁抵抗である。第２磁気抵抗素子１３０ａの外部磁界に対する抵抗変化率は、第１磁気抵抗素子１２０ａの外部磁界に対する抵抗変化率より低いことが好ましい。

　同様に、第２磁気抵抗素子１３０ｂは、後述するように、第１磁性体部材４０によって磁気シールドされて垂直磁界および水平磁界をほとんど検出しない、いわゆる固定抵抗となる。第１磁気抵抗素子１２０ｂは、外部磁界が印加されることによって電気抵抗値が変化するいわゆる感磁抵抗である。第２磁気抵抗素子１３０ｂの外部磁界に対する抵抗変化率は、第１磁気抵抗素子１２０ｂの外部磁界に対する抵抗変化率より低いことが好ましい。

　４つの磁気抵抗素子は、半導体基板１１０上に形成された配線によって互いに電気的に接続されている。具体的には、第１磁気抵抗素子１２０ａと第２磁気抵抗素子１３０ａとが配線１４６によって直列に接続されている。第１磁気抵抗素子１２０ｂと第２磁気抵抗素子１３０ｂとが配線１５０によって直列に接続されている。

　回路基板１００の半導体基板１１０上には、中点１４０、中点１４１、電源端子(Ｖｃｃ)１４２、接地端子(Ｇｎｄ)１４３および出力端子(Ｏｕｔ)１４４がさらに設けられている。

　第１磁気抵抗素子１２０ａおよび第２磁気抵抗素子１３０ｂの各々は、中点１４０に接続されている。具体的には、第１磁気抵抗素子１２０ａと中点１４０とが配線１４５によって接続され、第２磁気抵抗素子１３０ｂと中点１４０とが配線１５２によって接続されている。

　第１磁気抵抗素子１２０ｂおよび第２磁気抵抗素子１３０ａの各々は、中点１４１に接続されている。具体的には、第１磁気抵抗素子１２０ｂと中点１４１とが配線１４９によって接続され、第２磁気抵抗素子１３０ａと中点１４１とが配線１４８によって接続されている。

　配線１４６は、電流が入力される電源端子(Ｖｃｃ)１４２に接続されている。配線１５０は、接地端子(Ｇｎｄ)１４３に接続されている。

　図３に示すように、磁気センサ１は、差動増幅器１６０、温度補償回路１６１、ラッチおよびスイッチ回路１６２、並びに、ＣＭＯＳ(Complementary　Metal　Oxide　Semiconductor)ドライバ１６３をさらに備える。

　差動増幅器１６０は、入力端が中点１４０および中点１４１の各々に接続され、出力端が温度補償回路１６１に接続されている。また、差動増幅器１６０は、電源端子(Ｖｃｃ)１４２および接地端子(Ｇｎｄ)１４３の各々に接続されている。

　温度補償回路１６１は、出力端がラッチおよびスイッチ回路１６２に接続されている。また、温度補償回路１６１は、電源端子(Ｖｃｃ)１４２および接地端子(Ｇｎｄ)１４３の各々に接続されている。

　ラッチおよびスイッチ回路１６２は、出力端がＣＭＯＳドライバ１６３に接続されている。また、ラッチおよびスイッチ回路１６２は、電源端子(Ｖｃｃ)１４２および接地端子(Ｇｎｄ)１４３の各々に接続されている。

　ＣＭＯＳドライバ１６３は、出力端が出力端子(Ｏｕｔ)１４４に接続されている。また、ＣＭＯＳドライバ１６３は、電源端子(Ｖｃｃ)１４２および接地端子(Ｇｎｄ)１４３の各々に接続されている。

　磁気センサ１が上記の回路構成を有することにより、中点１４０と中点１４１との間に、外部磁界の強さに依存する電位差が発生する。この電位差があらかじめ設定された検出レベルを超えると、出力端子(Ｏｕｔ)１４４から信号が出力される。

　図４は、本発明の実施形態１に係る磁気センサの回路基板における磁気抵抗素子と配線との接続部の積層構造を示す断面図である。図４においては、磁気抵抗素子として機能する領域Ｒと、配線として機能する領域Ｌとの接続部のみ図示している。

　図４に示すように、４つの磁気抵抗素子は、ＳｉＯ₂層またはＳｉ₃Ｎ₄層などが表面に設けられた、Ｓｉなどからなる半導体基板１１０上に形成されている。４つの磁気抵抗素子は、半導体基板１１０上に設けられた、ＮｉとＦｅとを含む合金からなる磁性体層１０が、ミーリングによりパターニングされることにより形成されている。磁性体層１０の厚さは、たとえば、０．０４μｍである。

　配線は、半導体基板１１０上に設けられた、ＡｕまたはＡｌなどからなる導電層２０が、ウエットエッチングによりパターニングされることにより形成されている。導電層２０は、配線として機能する領域Ｌにおいては磁性体層１０の真上に位置し、磁気抵抗素子として機能する領域Ｒには形成されていない。よって、図４に示すように、磁気抵抗素子として機能する領域Ｒと、配線として機能する領域Ｌとの接続部においては、導電層２０の端部が磁性体層１０の直上に位置している。

　中点１４０、中点１４１、電源端子(Ｖｃｃ)１４２、接地端子(Ｇｎｄ)１４３および出力端子(Ｏｕｔ)１４４の各々は、半導体基板１１０の直上に位置する導電層２０によって構成されている。

　導電層２０の直上には、図示しないＴｉ層が設けられている。磁気抵抗素子および配線を覆うように、ＳｉＯ₂などからなる絶縁層３０が設けられている。すなわち、絶縁層３０は、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂおよび第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂを覆っている。

　図５は、本発明の実施形態１に係る磁気センサの第１磁気抵抗素子のパターンを示す平面図である。図２，５に示すように、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂのパターン１２０は、絶縁層３０に直交する方向から見て、仮想円Ｃ₁の円周に沿って仮想円Ｃ₁の径方向に並ぶように配置されて互いに接続された４つの第１単位パターンを含む。なお、絶縁層３０に直交する方向は、半導体基板１１０の上面に直交する方向と平行である。

　４つの第１単位パターンの各々は、仮想円Ｃ₁の円周において配線１４６，１４８，１５０，１５２が位置する部分が開放した仮想Ｃ字形状Ｃ₁₁に沿って位置している。４つの第１単位パターンの各々は、仮想Ｃ字形状Ｃ₁₁に沿って仮想円Ｃ₁の径方向に並ぶように同心円状に配置されたＣ字状パターン１２１である。

　４つのＣ字状パターン１２１は、内側から順に一端と他端とで交互に互いに接続されている。一端同士が接続されているＣ字状パターン１２１は、半円弧状パターン１２２によって互いに接続されている。他端同士が接続されているＣ字状パターン１２１は、半円弧状パターン１２３によって互いに接続されている。

　第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂのパターン１２０は、２つの半円弧状パターン１２２および１つの半円弧状パターン１２３を含む。これにより、４つのＣ字状パターン１２１が直列に接続されている。半円弧状パターン１２２，１２３は、直線状延在部を含まず、湾曲部のみから構成されている。

　４つのＣ字状パターン１２１のうちの最も外側のＣ字状パターンの、半円弧状パターン１２２と接続されていない側の端部は、導電層２０が形成された、配線１４５または配線１４９と接続されている。同様に、４つのＣ字状パターン１２１のうちの最も内側のＣ字状パターンの、半円弧状パターン１２２と接続されていない側の端部は、導電層２０が形成された、配線１４６または配線１５０と接続されている。ここで、Ｃ字状パターン１２１の端部との接続位置となる導電層２０の形成位置を変更することにより、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの電気抵抗値を調整することができる。

　具体的には、図４に示す、磁気抵抗素子として機能する領域Ｒと、配線として機能する領域Ｌとの接続部において、導電層２０を磁気抵抗素子として機能する領域Ｒ側に延長することにより、配線として機能する領域Ｌを拡大して、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの各々の電気抵抗値を低下させることができる。または、磁気抵抗素子として機能する領域Ｒと、配線として機能する領域Ｌとの接続部において、導電層２０を配線として機能する領域Ｌ側に短縮することにより、配線として機能する領域Ｌを縮小して、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの各々の電気抵抗値を増加させることができる。

　上記の第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの電気抵抗値の調整は、導電層２０の一部を除去または追加形成することにより行なわれるため、絶縁層３０を設ける前に行なわれることが好ましい。

　最も外側に位置するＣ字状パターン１２１の外周縁が、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの外周縁となる。最も内側に位置するＣ字状パターン１２１の内周縁が、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの内周縁となる。

　図２に示すように、第１磁気抵抗素子１２０ａと第１磁気抵抗素子１２０ｂとは、仮想Ｃ字形状Ｃ₁₁の向きが互いに異なるように周方向の向きが異なっている。すなわち、第１磁気抵抗素子１２０ａと第１磁気抵抗素子１２０ｂとは、Ｃ字状パターン１２１の向きが互いに異なるように、パターン１２０の周方向の向きが異なっている。

　本実施形態においては、第１磁気抵抗素子１２０ａと第１磁気抵抗素子１２０ｂとは、Ｃ字状パターン１２１の向きが互いに９０°異なるように、パターン１２０の周方向の向きが９０°異なっている。

　図６は、本発明の実施形態１に係る磁気センサの第２磁気抵抗素子のパターンを示す平面図である。図２，６に示すように、第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂは、絶縁層３０に直交する方向から見て、仮想円Ｃ₁の中心側に位置し、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂに囲まれている。すなわち、第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂは、絶縁層３０に直交する方向から見て、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの内周縁より内側に位置している。

　第２磁気抵抗素子１３０ａは、仮想円Ｃ₁の中心側から仮想円Ｃ₁の外側まで繋がった配線１４６，１４８と接続されている。第２磁気抵抗素子１３０ｂは、仮想円Ｃ₁の中心側から仮想円Ｃ₁の外側まで繋がった配線１５０，１５２と接続されている。

　第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂは、絶縁層３０に直交する方向から見て、２重渦巻き状パターン１３０を有している。２重渦巻き状パターン１３０は、２つの第２単位パターンのうちの１つである一方の渦巻き状パターン１３１、２つの第２単位パターンのうちの他の１つである他方の渦巻き状パターン１３２、および、一方の渦巻き状パターン１３１と他方の渦巻き状パターン１３２とを２重渦巻き状パターン１３０の中央部にて接続する逆Ｓ字状パターン１３３を含む。逆Ｓ字状パターン１３３は、直線状延在部を含まず、湾曲部のみから構成されている。

　２重渦巻き状パターン１３０は、パターン１２０と同じ太さで形成されている。従って、一方の渦巻き状パターン１３１および他方の渦巻き状パターン１３２の各々は、４つのＣ字状パターン１２１の各々と同じ太さである。

　図６に示すように、２重渦巻き状パターン１３０は、仮想円Ｃ₁の中心に関して略点対称の形状を有している。すなわち、２重渦巻き状パターン１３０は、仮想円Ｃ₁の中心に関して略１８０°回転対称な形状を有している。

　図２に示すように、第２磁気抵抗素子１３０ａと第２磁気抵抗素子１３０ｂとは、逆Ｓ字状パターン１３３の向きが互いに異なるように、２重渦巻き状パターン１３０の周方向の向きが異なっている。

　本実施形態においては、第２磁気抵抗素子１３０ａと第２磁気抵抗素子１３０ｂとは、逆Ｓ字状パターン１３３の向きが互いに９０°異なるように、２重渦巻き状パターン１３０の周方向の向きが９０°異なっている。

　本実施形態に係る磁気センサ１においては、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂがＣ字状パターン１２１を有している。Ｃ字状パターン１２１は、円弧で構成されている。互いに隣接したＣ字状パターン１２１同士は、半円弧状パターン１２２または半円弧状パターン１２３によって互いに接続されている。このように、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂは、直線状延在部を含んでいないため、磁界検出の異方性が低減されている。

　さらに、本実施形態に係る磁気センサ１においては、第１磁気抵抗素子１２０ａおよび第１磁気抵抗素子１２０ｂのＣ字状パターン１２１の向きが互いに異なるように、パターン１２０の周方向の向きが異なっていることにより、磁界検出の等方性が高くなっている。

　本実施形態に係る磁気センサ１においては、第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂが２重渦巻き状パターン１３０を有している。２重渦巻き状パターン１３０は、主に略円弧状の湾曲部が巻き回されて構成されている。円弧は、多角形の角の数が無限大に大きくなった際の近似形であるため、２重渦巻き状パターン１３０を流れる電流の向きは、水平方向の略全方位(３６０°)に亘っている。なお、水平方向は、半導体基板１１０の上面と平行な方向である。

　また、本実施形態に係る磁気センサ１においては、２重渦巻き状パターン１３０は、中央部が湾曲部のみからなる逆Ｓ字状パターン１３３で構成されている。このように、第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂは、直線状延在部を含んでいないため、磁気抵抗効果の異方性が低減されている。

　さらに、本実施形態に係る磁気センサ１においては、第２磁気抵抗素子１３０ａおよび第２磁気抵抗素子１３０ｂの逆Ｓ字状パターン１３３の向きが互いに異なるように、２重渦巻き状パターン１３０の周方向の向きが異なっていることにより、磁気抵抗効果の等方性が高くなっている。

　その理由は以下の通りである。上記のように、２重渦巻き状パターン１３０は、仮想円Ｃ₁の中心に関して略１８０°回転対称な形状を有している。そのため、第２磁気抵抗素子１３０ａおよび第２磁気抵抗素子１３０ｂの各々は、僅かに磁気抵抗効果の異方性を有する。

　そこで、第２磁気抵抗素子１３０ａの２重渦巻き状パターン１３０の周方向の向きと、第２磁気抵抗素子１３０ｂの２重渦巻き状パターン１３０の周方向の向きとを異ならせることにより、それぞれの磁気抵抗効果の異方性を互いに低減することができる。

　第２磁気抵抗素子１３０ａの２重渦巻き状パターン１３０の周方向の向きと、第２磁気抵抗素子１３０ｂの２重渦巻き状パターン１３０の周方向の向きとを９０°異ならせた場合には、それぞれの磁気抵抗効果の異方性を最も低減することができる。

　この場合は、第２磁気抵抗素子１３０ａが最も高感度である方向と、第２磁気抵抗素子１３０ｂが最も低感度である方向とが一致し、第２磁気抵抗素子１３０ａが最も低感度である方向と、第２磁気抵抗素子１３０ｂが最も高感度である方向とが一致する。そのため、磁気センサ１に外部磁界が印加された際に中点１４０と中点１４１との間に発生する電位差が、磁気センサ１に外部磁界が印加された方向によって変動することを抑制できる。

　２重渦巻き状パターン１３０は、単位面積当たりの密度が高い形状である。第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂが２重渦巻き状パターン１３０を有することにより、仮想円Ｃ₁内に配置されるパターンを長くして、第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂを高抵抗にすることができる。第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂの電気抵抗値が高いほど、磁気センサ１の消費電流を低減できる。

　上記のように、２重渦巻き状パターン１３０を流れる電流の向きを水平方向において分散させて、第２磁気抵抗素子１３０ａおよび第２磁気抵抗素子１３０ｂの各々の磁気抵抗効果の異方性を低減することにより、外部磁界が０である時の磁気センサ１の出力が、残留磁化の影響によってばらつくことを抑制することができる。

　なお、２重渦巻き状パターン１３０は逆方向に巻いていてもよく、この場合、２重渦巻き状パターン１３０の中央部が湾曲部のみからなるＳ字状パターンで構成される。すなわち、一方の渦巻き状パターンと他方の渦巻き状パターンとが、Ｓ字状パターンによって接続される。

　本実施形態に係る磁気センサ１においては、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの内側に第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂを配置しているため、磁気センサ１を小形にできる。また、磁気センサ１においては、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂと第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂとを接続する配線を立体的に引き回す必要がないため、簡易な製造プロセスで回路基板１００を製造可能である。

　本実施形態に係る磁気センサ１においては、絶縁層３０上に２つの第１磁性体部材４０が配置されている。第１磁性体部材４０の厚さは、たとえば、１０μｍ以上、好ましくは、２０μｍ以上１５０μｍ以下である。第１磁性体部材４０の厚さが１０μｍ以上の場合、後述するように、第１磁性体部材４０によって略水平方向に偏向された垂直磁界を、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂにて検出できる。第１磁性体部材４０の厚さが２０μｍ以上の場合、第１磁性体部材４０によって垂直磁界を略水平方向により効果的に偏向できるため、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂにて、より微弱な垂直磁界を検出できる。第１磁性体部材４０の厚さが１５０μｍ以下の場合、第１磁性体部材４０の形成時間が長くなることを抑制して、磁気センサ１の量産性を維持できる。

　図２に示すように、第１磁性体部材４０は、絶縁層３０に直交する方向から見て、円形の外形を有し、かつ、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの外周縁より内側の領域に位置している。なお、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの外周縁より内側の領域とは、絶縁層３０に直交する方向から見て、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの外周縁の両端を仮想直線で結んだ際に囲まれる領域である。絶縁層３０に直交する方向から見て、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの外周縁より内側の領域と、第１磁性体部材４０の半分以上が重なっていることが好ましく、第１磁性体部材４０の２/３以上が重なっていることがより好ましい。

　本実施形態においては、第１磁性体部材４０は、絶縁層３０に直交する方向から見て、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの内周縁より内側の領域に位置している。なお、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの内周縁より内側の領域とは、絶縁層３０に直交する方向から見て、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの内周縁の両端を仮想直線で結んだ際に囲まれる領域である。第１磁性体部材４０は、絶縁層３０に直交する方向から見て、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの内周縁上および内周縁より内側の領域を含む領域に位置していてもよい。絶縁層３０に直交する方向から見て、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの内周縁より内側の領域と、第１磁性体部材４０の半分以上が重なっていることが好ましく、第１磁性体部材４０の２/３以上が重なっていることがより好ましい。

　本実施形態においては、第１磁性体部材４０は、絶縁層３０に直交する方向から見て、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの外周縁と同心状に位置している。

　本実施形態においては、第１磁性体部材４０は、絶縁層３０に直交する方向から見て、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂおよび第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂのうちの第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂのみを覆っている。よって、絶縁層３０に直交する方向から見て、第１磁性体部材４０は、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂに囲まれている。第１磁性体部材４０は、電磁鋼、軟鉄鋼、ケイ素鋼、パーマロイ、スーパーマロイ、ニッケル合金、鉄合金またはフェライトなどの、透磁率および飽和磁束密度の高い磁性体材料で構成されている。また、これらの磁性体材料は、保持力が低いことが好ましい。

　第１磁性体部材４０を構成する磁性体材料として、透磁率が、高温で大きくなり、低温で小さくなる、たとえば、Ｆｅ－７８Ｎｉ合金などを用いた場合、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの抵抗変化率の温度依存性を低減することができる。

　第１磁性体部材４０は、たとえば、めっきにより形成される。なお、絶縁層３０と第１磁性体部材４０との間に、他の薄層が設けられていてもよい。第１磁性体部材４０がめっきで形成される場合には、絶縁層３０と第１磁性体部材４０との間に、たとえば、Ｔｉ(チタン)を含む密着層、および、Ａｕ(金)を含む電極反応層の少なくとも一方が形成されていてもよい。

　ここで、第１磁性体部材４０が垂直磁界および水平磁界の分布に及ぼす影響をシミュレーションにより検証した実験例１について説明する。実験例１においては、第１磁性体部材４０の外形を、直径が１４０μｍ、厚さが１００μｍの円柱状とした。第１磁性体部材４０は、パーマロイで構成した。第１磁性体部材４０を、第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂの上方にて、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂおよび第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂのうちの第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂのみを覆うように配置した。絶縁層３０に直交する方向から見て、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの内周縁が、第１磁性体部材４０の外周縁の外側に隣接するように、第１磁性体部材４０を配置した。印加する垂直磁界または水平磁界の強度は、３０ｍＴとした。

　図７は、実験例１に係る磁気センサに垂直磁界が印加された際の磁束密度分布を示す磁束線図である。図８は、実験例１に係る磁気センサに水平磁界が印加された際の磁束密度分布を示す磁束線図である。図９は、実験例１に係る磁気センサに垂直磁界または水平磁界が印加された際の、第１磁性体部材の外周縁からの水平方向の距離と、水平方向の磁界強度との関係を示すグラフである。図７，８においては、磁気センサ１を水平方向から見て、第１磁性体部材４０、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂおよび第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂのみを図示している。

　図９においては、縦軸に水平方向の磁界強度(ｍＴ)、横軸に第１磁性体部材の外周縁からの水平方向の距離(μｍ)を示している。第１磁性体部材の外周縁からの水平方向の距離は、第１磁性体部材４０の外周縁から外側に離れた距離を正の値、第１磁性体部材４０の外周縁から内側に離れた距離を負の値で示している。垂直磁界が印加された際の水平方向の磁界強度の分布を実線Ｖで、水平磁界が印加された際の水平方向の磁界強度の分布を実線Ｈで示している。

　図７に示すように、実験例１に係る磁気センサに上方から下方に向かう垂直磁界を印加した場合、第１磁性体部材４０の上面側において、透磁率の高い第１磁性体部材４０に磁束が引き寄せられて集められた。第１磁性体部材４０に進入した磁束は、第１磁性体部材４０を垂直方向に通過した後、第１磁性体部材４０の下面側から、拡散しつつ放出された。

　このとき、第１磁性体部材４０の直下に位置する第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂには、磁界が略垂直方向に印加された。そのため、第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂは、垂直磁界をほとんど検出しなかった。一方、第１磁性体部材４０の外周縁の下方に位置する第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂには、図７中の矢印で示すように略水平方向に偏向された磁界が印加された。そのため、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂは、垂直磁界を略水平方向に偏向された磁界として検出することができた。

　図８に示すように、実験例１に係る磁気センサに左側から右側に向かう水平磁界を印加した場合、第１磁性体部材４０の左側面側において、第１磁性体部材４０に磁束が引き寄せられて集められた。第１磁性体部材４０に進入した磁束は、第１磁性体部材４０を水平方向に通過した後、第１磁性体部材４０の右側面側から、拡散しつつ放出された。

　このとき、図８中の矢印で示すように、第１磁性体部材４０の直下に位置する第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂには、水平方向の磁界がほとんど印加されなかった。そのため、第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂは、水平磁界をほとんど検出しなかった。一方、第１磁性体部材４０の外周縁の下方に位置する第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂには、水平方向の磁界が印加された。そのため、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂは、水平磁界を検出することができた。

　図９に示すように、第１磁性体部材４０の外周縁の外側の位置における水平方向の磁界強度が、印加した垂直磁界または水平磁界の強度である３０ｍＴより高い領域が生じていた。具体的には、垂直磁界を印加した場合においては、第１磁性体部材４０の外周縁から内側に約２μｍ離れた位置から、第１磁性体部材４０の外周縁から外側に約１０μｍ離れた位置まで、水平方向の磁界強度が、印加した垂直磁界の強度である３０ｍＴより高くなっていた。また、水平磁界を印加した場合においても、第１磁性体部材４０の外周縁の外側の位置では、水平方向の磁界強度が、印加した水平磁界の強度である３０ｍＴより高くなっていた。これらは、第１磁性体部材４０に引き寄せられて集められた磁界が、高い磁界強度で第１磁性体部材４０から水平方向に放出されたためである。この高い磁界強度の水平方向の磁界が、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂに印加された。

　図９に示すように、第１磁性体部材４０の外周縁から内側に約７μｍ以上離れた位置では、水平方向の磁界強度が、印加した垂直磁界または水平磁界の強度である３０ｍＴの１／３以下となっていた。よって、第１磁性体部材４０の外周縁から内側に約７μｍ以上離れた位置に、第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂが設けられていることが好ましい。

　上記のように、第１磁性体部材４０の外周縁から内側に約２μｍ離れた位置から、第１磁性体部材４０の外周縁から外側に約１０μｍ離れた位置までの、領域においては、水平方向の磁界強度が、印加した垂直磁界または水平磁界の強度である３０ｍＴより高くなっていた。よって、この領域の少なくとも一部に、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの少なくとも一部が設けられていることが好ましい。絶縁層３０に直交する方向から見て、上記の領域に設けられた第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂによって、第１磁性体部材４０の外周全周の１／２以上が取り囲まれていることが好ましく、第１磁性体部材４０の外周全周の２／３以上が取り囲まれていることがさらに好ましい。

　また、第１磁性体部材４０が、絶縁層３０に直交する方向から見て、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの外周縁と同心状に位置し、かつ、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂに囲まれていることにより、第１磁性体部材４０の外周縁から外側に放出された水平方向の磁界を第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂに周方向において略均等に印加させることができた。

　実験例１の結果から、本発明の実施形態１に係る磁気センサ１は、垂直磁界による第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂの抵抗変化を抑制しつつ、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの垂直磁界の検出感度を高めることができることを確認できた。すなわち、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂは、微弱な垂直磁界を検出することができる。また、本発明の実施形態１に係る磁気センサ１は、水平磁界による第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂの抵抗変化を抑制しつつ、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの水平磁界の検出感度を高めることができることを確認できた。すなわち、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂは、微弱な水平磁界を検出することができる。

　ここで、磁気センサに垂直磁界が印加された際の第１磁性体部材の外周縁からの水平方向の距離と水平方向の磁界強度との関係に与える、第１磁性体部材の厚さの影響をシミュレーションにより検証した実験例２について説明する。

　図１０は、実験例２に係る磁気センサに垂直磁界が印加された際の、第１磁性体部材の外周縁からの水平方向の距離と水平方向の磁界強度との関係に与える、第１磁性体部材の厚さの影響を示すグラフである。図１０においては、縦軸に水平方向の磁界強度(ｍＴ)、横軸に第１磁性体部材の外周縁からの水平方向の距離(μｍ)を示している。図１１は、水平方向の磁界強度がピーク値の１/３となる第１磁性体部材の外周縁から外側への水平方向の距離と、第１磁性体部材の厚さとの関係を示すグラフである。図１０，１１においては、第１磁性体部材の外周縁からの水平方向の距離は、第１磁性体部材４０の外周縁から外側に離れた距離を正の値、第１磁性体部材４０の外周縁から内側に離れた距離を負の値で示している。

　実験例２においては、第１磁性体部材４０の外形を、直径が１４０μｍの円柱状とした。第１磁性体部材４０の厚さｘを、１０μｍ、２０μｍ、５０μｍ、１００μｍおよび１５０μｍの５種類とした。第１磁性体部材４０は、パーマロイで構成した。第１磁性体部材４０の配置は、実験例１と同様にした。印加する垂直磁界の強度は、３０ｍＴとした。

　図１０に示すように、第１磁性体部材４０の厚さｘが厚くなるにしたがって、水平方向の磁界強度のピーク値が大きくなった。なお、図１０に示すグラフは、パーマロイが取り得る透磁率の１００００以上１０００００以下の範囲においては、第１磁性体部材４０の透磁率への依存性が小さく、第１磁性体部材４０の透磁率が変わった場合にもほとんど変化しない。

　磁気センサ１のブリッジ回路から安定した出力を得るためには、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂに、水平方向の磁界強度のピーク値の１/３以上の強度の水平方向の磁界が印加され、かつ、第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂに印加される水平方向の磁界の強度が、水平方向の磁界強度のピーク値の１/１０以下であることが好ましい。

　図１０に示すように、第１磁性体部材４０の厚さｘによらず、第１磁性体部材４０の外周縁から内側に２μｍ以内の領域では、水平方向の磁界強度がピーク値の１/３以上となっていた。

　図１１に示すように、水平方向の磁界強度がピーク値の１/３となる第１磁性体部材４０の外周縁から外側への水平方向の距離ｙは、第１磁性体部材４０の厚さｘが厚くなるにしたがって長くなっていた。厚さｘと距離ｙとの関係は、下記の近似式(Ｉ)で表される。
　ｙ＝－０．０００８ｘ^２＋０．２４９５ｘ＋６．６５０６　　　(Ｉ)

　すなわち、第１磁性体部材４０の外周縁から外側に上記ｙμｍ以内の領域では、水平方向の磁界強度がピーク値の１/３以上となる。よって、絶縁層３０に直交する方向から見て、第１磁性体部材４０の外周縁から内側に２μｍ離れた位置から、第１磁性体部材４０の外周縁から外側に上記式(Ｉ)で示すｙμｍ離れた位置までの、領域では、水平方向の磁界強度がピーク値の１/３以上となる。

　図１０に示すように、第１磁性体部材４０の厚さｘによらず、第１磁性体部材４０の外周縁から内側に７μｍ以上の領域では、水平方向の磁界強度がピーク値の１/１０以下となっていた。すなわち、絶縁層３０に直交する方向から見て、第１磁性体部材４０の中心から、第１磁性体部材４０の外周縁から内側に７μｍ離れた位置までの、領域では、水平方向の磁界強度がピーク値の１/１０以下となっていた。

　よって、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの少なくとも一部が、絶縁層３０に直交する方向から見て、第１磁性体部材４０の外周縁から内側に２μｍ離れた位置から、第１磁性体部材４０の外周縁から外側に上記式(Ｉ)で示すｙμｍ離れた位置までの、領域の少なくとも一部に位置していることが好ましい。

　また、第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂが、絶縁層３０に直交する方向から見て、第１磁性体部材４０の中心から、第１磁性体部材４０の外周縁から内側に７μｍ離れた位置までの、領域に位置していることが好ましい。

　上記のように、本発明の実施形態１に係る磁気センサ１は、垂直磁界および水平磁界を高感度に検出することができる。また、本発明の実施形態１に係る磁気センサ１は、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂが同心円状に配置された複数の第１単位パターンを含むことにより、水平磁界の検出の等方性が高い。

　本実施形態においては、第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂの２重渦巻き状パターン１３０は、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂのパターン１２０と同じ太さで形成されている。これにより、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂと第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂとを同一工程により形成した場合においても、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂおよび第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂの加工精度のばらつきは低減され、出力特性が安定した磁気センサ１を作製することができる。

　ただし、２重渦巻き状パターン１３０がパターン１２０より細いパターンで形成されていてもよい。この場合、第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂの磁気抵抗効果は、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの磁気抵抗効果よりさらに小さくなる。その結果、第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂの磁気抵抗効果が抑制され、第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂの抵抗変化率が著しく小さくなる。

　これにより、磁気センサ１に外部磁界が印加された際に中点１４０と中点１４１との間に発生する電位差を大きくして、磁気センサ１の検出感度を高くできる。また、第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂの電気抵抗値が高いため、磁気センサ１に高い磁界強度の外部磁界が印加された際の中点１４０と中点１４１との間に発生する電位差の減少が比較的小さく、磁気センサ１の出力特性を安定させることができる。

　なお、本実施形態においては、第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂは、第１磁性体部材４０により磁気シールドされて、垂直磁界および水平磁界をほとんど検出しないため、必ずしも第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂの抵抗変化率が、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの抵抗変化率より小さくなくてもよい。

　(実施形態２)
　以下、本発明の実施形態２に係る磁気センサについて図を参照して説明する。なお、本発明の実施形態２に係る磁気センサは、第２磁気抵抗素子が有するパターンが主に、本発明の実施形態１に係る磁気センサ１と異なるため、本発明の実施形態１に係る磁気センサ１と同様である構成については説明を繰り返さない。

　図１２は、本発明の実施形態２に係る磁気センサの平面図である。図１３は、本発明の実施形態２に係る磁気センサの第２磁気抵抗素子が有するパターンを示す平面図である。図１２に示すように、本発明の実施形態２に係る磁気センサ２は、回路基板２００と、回路基板２００上に設けられた２つの第１磁性体部材４０とを備える。

　図１２，１３に示すように、本発明の実施形態２に係る磁気センサ２の第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂのパターンは、絶縁層３０に直交する方向から見て、仮想円Ｃ₂の円周に沿って仮想円Ｃ₂の径方向に並ぶように配置されて互いに接続された３つの第１単位パターンを含む。３つの第１単位パターンの各々は、仮想円Ｃ₂の円周において配線１４６，１４８，１５０，１５２が位置する部分が開放した仮想Ｃ字形状Ｃ₂₁に沿って位置している。３つの第１単位パターンの各々は、仮想Ｃ字形状Ｃ₂₁に沿って仮想円Ｃ₂の径方向に並ぶように配置されたＣ字状パターンである。

　図１２に示すように、第１磁気抵抗素子１２０ａと第１磁気抵抗素子１２０ｂとは、仮想Ｃ字形状Ｃ₂₁の向きが互いに異なるように周方向の向きが異なっている。すなわち、第１磁気抵抗素子１２０ａと第１磁気抵抗素子１２０ｂとは、Ｃ字状パターンの向きが互いに異なるように、パターンの周方向の向きが異なっている。

　本実施形態においては、第１磁気抵抗素子１２０ａと第１磁気抵抗素子１２０ｂとは、Ｃ字状パターンの向きが互いに９０°異なるように、パターンの周方向の向きが９０°異なっている。

　図１２，１３に示すように、第２磁気抵抗素子２３０ａ，２３０ｂは、絶縁層３０に直交する方向から見て、仮想円Ｃ₂の中心側に位置し、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂに囲まれている。すなわち、第２磁気抵抗素子２３０ａ，２３０ｂは、絶縁層３０に直交する方向から見て、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの内周縁より内側に位置している。

　第２磁気抵抗素子２３０ａ，２３０ｂは、仮想円Ｃ₂の円周に沿って仮想円Ｃ₂の径方向に並ぶように線対称に配置された第２単位パターンである１４個の半円弧状パターン２３１を含むパターン２３０を有している。パターン２３０は、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂのパターン１２０と同じ太さで形成されている。ただし、パターン２３０の太さが、パターン１２０の太さより細くてもよい。

　１４個の半円弧状パターン２３１は、内側から順に一端と他端とで交互に互いに接続されている。一端同士が接続されている半円弧状パターン２３１は、半円弧状パターン２３２によって互いに接続されている。他端同士が接続されている半円弧状パターン２３１は、半円弧状パターン２３３によって互いに接続されている。最も内側に位置して互いに線対称な半円弧状パターン２３１同士は、互いの一端同士を直線状延在部２３４によって接続されている。直線状延在部２３４の長さは、１０μｍより短い。

　第２磁気抵抗素子２３０ａ，２３０ｂのパターン２３０は、６つの半円弧状パターン２３２、６つの半円弧状パターン２３３および直線状延在部２３４を含む。これにより、１４個の半円弧状パターン２３１が直列に接続されている。半円弧状パターン２３２，２３３は、直線状延在部を含まず、湾曲部のみから構成されている。

　本実施形態に係る磁気センサ２においては、第２磁気抵抗素子２３０ａ，２３０ｂが半円弧状パターン２３１を有している。半円弧状パターン２３１は、円弧で構成されている。互いに隣接した２つの半円弧状パターン２３１同士は、半円弧状パターン２３２，２３３によって互いに接続されている。第２磁気抵抗素子２３０ａ，２３０ｂは、長さが１０μｍより短い直線状延在部２３４のみを含んでいるため、磁界検出の異方性が低減されている。

　第２磁気抵抗素子２３０ａと第２磁気抵抗素子２３０ｂとは、パターン２３０の周方向の向きが異なっている。本実施形態においては、第２磁気抵抗素子１３０ａと第２磁気抵抗素子１３０ｂとは、パターン２３０の周方向の向きが９０°異なっている。これにより、第２磁気抵抗素子２３０ａおよび第２磁気抵抗素子２３０ｂの各々の磁気抵抗効果の異方性を互いに低減することができる。

　本実施形態に係る磁気センサ２においても、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの内側に第２磁気抵抗素子２３０ａ，２３０ｂを配置しているため、磁気センサ２を小形にできる。また、磁気センサ２においても、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂと第２磁気抵抗素子２３０ａ，２３０ｂとを接続する配線を立体的に引き回す必要がないため、簡易な製造プロセスで回路基板２００を製造可能である。

　図１２に示すように、第１磁性体部材４０は、絶縁層３０に直交する方向から見て、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂおよび第２磁気抵抗素子２３０ａ，２３０ｂのうちの第２磁気抵抗素子２３０ａ，２３０ｂのみを覆っている。

　本実施形態に係る磁気センサ２においても、垂直磁界および水平磁界を高感度に検出することができる。また、本発明の実施形態２に係る磁気センサ２は、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂが同心円状に配置された複数の第１単位パターンを含むことにより、水平磁界の検出の等方性が高い。

　なお、本実施形態においては、第２磁気抵抗素子２３０ａ，２３０ｂは、第１磁性体部材４０により磁気シールドされて、垂直磁界および水平磁界をほとんど検出しないため、必ずしも第２磁気抵抗素子２３０ａ，２３０ｂの抵抗変化率が、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの抵抗変化率より小さくなくてもよい。

　(実施形態３)
　以下、本発明の実施形態３に係る磁気センサについて図を参照して説明する。なお、本発明の実施形態３に係る磁気センサは、第１磁気抵抗素子および第２磁気抵抗素子の各々が有するパターンと、第２磁気抵抗素子の配置とが主に、本発明の実施形態１に係る磁気センサ１と異なるため、本発明の実施形態１に係る磁気センサ１と同様である構成については説明を繰り返さない。

　図１４は、本発明の実施形態３に係る磁気センサの構成を示す斜視図である。図１５は、図１４の磁気センサを矢印ＸＶ方向から見た平面図である。図１４，１５に示すように、本発明の実施形態３に係る磁気センサ３は、回路基板３００と、回路基板３００上に設けられた、２つの第１磁性体部材４０および２つの第２磁性体部材５０とを備える。

　本発明の実施形態３に係る磁気センサ３の回路基板３００には、互いに配線によって電気的に接続されてホイートストンブリッジ型のブリッジ回路を構成する４つの磁気抵抗素子が設けられている。４つの磁気抵抗素子は、２組の第１磁気抵抗素子および第２磁気抵抗素子からなる。具体的には、磁気センサ３は、第１磁気抵抗素子３２０ａおよび第２磁気抵抗素子３３０ａと、第１磁気抵抗素子３２０ｂおよび第２磁気抵抗素子３３０ｂとを含んでいる。

　図１６は、本発明の実施形態３に係る磁気センサの第１磁気抵抗素子のパターンを示す平面図である。図１５，１６に示すように、第１磁気抵抗素子３２０ａ，３２０ｂは、絶縁層３０に直交する方向から見て、２重渦巻き状パターン３２０を有している。２重渦巻き状パターン３２０は、絶縁層３０に直交する方向から見て、仮想円の円周に沿って仮想円の径方向に並ぶように同心円状に配置されて互いに接続された２つの第１単位パターンを含む。

　２重渦巻き状パターン３２０は、第１単位パターンである一方の渦巻き状パターン３２１、第１単位パターンである他方の渦巻き状パターン３２２、および、一方の渦巻き状パターン３２１と他方の渦巻き状パターン３２２とを２重渦巻き状パターン３２０の中央部にて連結するＳ字状パターン３２３を含む。Ｓ字状パターン３２３は、直線状延在部を含まず、湾曲部のみから構成されている。

　２重渦巻き状パターン３２０は、一方の渦巻き状パターン３２１および他方の渦巻き状パターン３２２の各々の端部に、２重渦巻き状パターン３２０の長さ調整用冗長部３２４，３２５を有する。長さ調整用冗長部３２４，３２５は、一方の渦巻き状パターン３２１および他方の渦巻き状パターン３２２の各々の端部が湾曲しつつ折り返されて構成されている。一方の渦巻き状パターン３２１に設けられた長さ調整用冗長部３２４と、他方の渦巻き状パターン３２２に設けられた長さ調整用冗長部３２５とは、２重渦巻き状パターン３２０の径方向において互いに反対側に位置している。長さ調整用冗長部３２４，３２５の各々は、直線状延在部を含まず、湾曲部のみから構成されている。

　２重渦巻き状パターン３２０は、長さ調整用冗長部３２４，３２５において、配線を構成する導電層２０と接続されている。長さ調整用冗長部３２４，３２５と導電層２０との接続位置を変更することにより、第１磁気抵抗素子３２０ａ，３２０ｂの電気抵抗値を調整することができる。

　具体的には、図４に示す、磁気抵抗素子として機能する領域Ｒと、配線として機能する領域Ｌとの接続部において、導電層２０を磁気抵抗素子として機能する領域Ｒ側に延長することにより、配線として機能する領域Ｌを拡大して、第１磁気抵抗素子３２０ａ，３２０ｂの各々の電気抵抗値を低下させることができる。または、磁気抵抗素子として機能する領域Ｒと、配線として機能する領域Ｌとの接続部において、導電層２０を配線として機能する領域Ｌ側に短縮することにより、配線として機能する領域Ｌを縮小して、第１磁気抵抗素子３２０ａ，３２０ｂの各々の電気抵抗値を増加させることができる。

　上記の第１磁気抵抗素子３２０ａ，３２０ｂの電気抵抗値の調整は、導電層２０の一部を除去または追加形成することにより行なわれるため、絶縁層３０を設ける前に行なわれることが好ましい。

　図１６に示すように、２重渦巻き状パターン３２０は、２重渦巻き状パターン３２０の中心点に関して略点対称の形状を有している。すなわち、２重渦巻き状パターン３２０は、２重渦巻き状パターン３２０の中心点に関して略１８０°回転対称な形状を有している。

　図１５に示すように、第１磁気抵抗素子３２０ａと第１磁気抵抗素子３２０ｂとは、Ｓ字状パターン３２３の向きが互いに異なるように、２重渦巻き状パターン３２０の周方向の向きが異なっている。

　本実施形態においては、第１磁気抵抗素子３２０ａと第１磁気抵抗素子３２０ｂとは、Ｓ字状パターン３２３の向きが互いに９０°異なるように、２重渦巻き状パターン３２０の周方向の向きが９０°異なっている。

　なお、２重渦巻き状パターン３２０は逆方向に巻いていてもよく、この場合、２重渦巻き状パターン３２０の中央部が湾曲部のみからなる逆Ｓ字状パターンで構成される。すなわち、一方の渦巻き状パターン３２１と他方の渦巻き状パターン３２２とが、逆Ｓ字状パターンによって接続される。

　図１７は、本発明の実施形態３に係る磁気センサの第２磁気抵抗素子が有するパターンを示す平面図である。図１８は、本発明の実施形態３に係る磁気センサの第２磁気抵抗素子が有するパターンに含まれる第２単位パターンを示す平面図である。なお、図１７においては、第２磁気抵抗素子３３０ａ，３３０ｂが有する同一形状の３つのパターン３３０のうちの１つのみを図示している。

　図１５，１７に示すように、第２磁気抵抗素子３３０ａ，３３０ｂは、絶縁層３０に直交する方向から見て、第１磁気抵抗素子３２０ａ，３２０ｂの外周縁より外側に位置している。

　第２磁気抵抗素子３３０ａ，３３０ｂにおいては、複数の曲部を有して折り返した８つの第２単位パターン３７０を含む同一形状の３つのパターン３３０が直列に接続されている。第２磁気抵抗素子３３０ａにおいては、同一形状の３つのパターン３３０が配線１４７によって互いに接続されている。第２磁気抵抗素子３３０ｂにおいては、同一形状の３つのパターン３３０が配線１５１によって互いに接続されている。パターン３３０は、２重渦巻き状パターン３２０より細いパターンで形成されている。これにより、第２磁気抵抗素子３３０ａ，３３０ｂにおいて、必要な電気抵抗値を確保している。第２磁気抵抗素子３３０ａ，３３０ｂの電気抵抗値が高いほど、磁気センサ３の消費電流を低減できる。

　図１７に示すように、８つの第２単位パターン３７０は、仮想円Ｃ₃上に配置されて互いに接続されている。図１８に示すように、第２単位パターン３７０は、始端部３７０ａから終端部３７０ｂまでの間に、１４個の曲部Ｂ₁～Ｂ₁₄および１５個の直線状延在部Ｌ₁～Ｌ₁₅を有して、折り返している。すなわち、第２単位パターン３７０は、始端部３７０ａおよび終端部３７０ｂを口部とした袋状の形状を有している。

　本実施形態においては、第２単位パターン３７０は、１４個の曲部Ｂ₁～Ｂ₁₄の各々において直角に屈曲している。第２単位パターン３７０は、１０μｍ以上の長さの直線状延在部を含まない。すなわち、１５個の直線状延在部Ｌ₁～Ｌ₁₅の各々の長さは、１０μｍより短い。

　ただし、第２磁気抵抗素子３３０ａ，３３０ｂが有するパターンは、上記に限られず、１０μｍ以上の長さの直線状延在部を含まずに複数の曲部を有して折り返した少なくとも１つの第２単位パターンを含んでいればよい。

　第２磁気抵抗素子３３０ａ，３３０ｂが上記のパターンを有することにより、第２磁気抵抗素子３３０ａ，３３０ｂの磁気抵抗効果が抑制されて抵抗変化率が著しく小さくなる。その結果、第２磁気抵抗素子３３０ａ，３３０ｂの抵抗変化率が、第１磁気抵抗素子３２０ａ，３２０ｂの抵抗変化率より低くなる。

　本実施形態に係る磁気センサ３においては、第１磁気抵抗素子３２０ａ，３２０ｂが２重渦巻き状パターン３２０を有している。２重渦巻き状パターン３２０は、主に略円弧状の湾曲部が巻き回されて構成されている。円弧は、多角形の角の数が無限大に大きくなった際の近似形であるため、２重渦巻き状パターン３２０を流れる電流の向きは、水平方向の略全方位(３６０°)に亘っている。よって、第１磁気抵抗素子３２０ａ，３２０ｂは、水平方向の略全方位(３６０°)に亘って、外部磁界を検出することができる。

　また、本実施形態に係る磁気センサ３においては、２重渦巻き状パターン３２０は、中央部が湾曲部のみからなるＳ字状パターン３２３で構成され、外周部が湾曲部のみからなる長さ調整用冗長部３２４，３２５で構成されている。このように、第１磁気抵抗素子３２０ａ，３２０ｂの各々は、直線状延在部を含んでいないため、磁界検出の異方性が低減されている。

　さらに、本実施形態に係る磁気センサ３においては、第１磁気抵抗素子３２０ａ，３２０ｂの各々のＳ字状パターン３２３の向きが互いに異なるように、２重渦巻き状パターン３２０の周方向の向きが異なっていることにより、磁界検出の等方性が高くなっている。

　本実施形態に係る磁気センサ３においては、第２磁気抵抗素子３３０ａ，３３０ｂの各々は、１０μｍ以上の長さの直線状延在部を含まずに１４個の曲部Ｂ₁～Ｂ₁₄の各々において直角に屈曲して、始端部３７０ａおよび終端部３７０ｂを口部とした袋状の形状を有する第２単位パターン３７０を含んでいる。

　これにより、第２単位パターン３７０を流れる電流の向きを水平方向において分散させて、第２磁気抵抗素子３３０ａ，３３０ｂの磁気抵抗効果の異方性を低減することができる。また、外部磁界が０である時の磁気センサ３の出力が、残留磁化の影響によってばらつくことを抑制することができる。

　さらに、複数の第２単位パターン３７０が仮想円Ｃ₃上に配置されていることによって、パターン３３０を流れる電流の向きを水平方向において分散させて、第２磁気抵抗素子３３０ａ，３３０ｂの磁気抵抗効果の異方性を低減することができる。

　本実施形態に係る磁気センサ３においても、第１磁気抵抗素子３２０ａ，３２０ｂと第２磁気抵抗素子３３０ａ，３３０ｂとを接続する配線を立体的に引き回す必要がないため、簡易な製造プロセスで回路基板３００を製造可能である。

　パターン３３０が２重渦巻き状パターン３２０より細いパターンで形成されているため、第２磁気抵抗素子３３０ａ，３３０ｂの磁気抵抗効果が抑制され、第２磁気抵抗素子３３０ａ，３３０ｂの抵抗変化率が著しく小さくなる。

　これにより、磁気センサ３に外部磁界が印加された際に中点１４０と中点１４１との間に発生する電位差を大きくして、磁気センサ３の検出感度を高くできる。また、第２磁気抵抗素子３３０ａ，３３０ｂの電気抵抗値が高いため、磁気センサ３に高い磁界強度の外部磁界が印加された際の中点１４０と中点１４１との間に発生する電位差の減少が比較的小さく、磁気センサ３の出力特性を安定させることができる。

　本実施形態に係る磁気センサ３においては、絶縁層３０上に２つの第１磁性体部材４０と２つの第２磁性体部材５０が配置されている。第１磁性体部材４０および第２磁性体部材５０の各々の厚さは、たとえば、１０μｍ以上、好ましくは、２０μｍ以上１５０μｍ以下である。なお、これらの厚さは互いに異なっていてもよいが、これらの厚さが互いに同一である場合には、２つの第１磁性体部材４０と２つの第２磁性体部材５０とを同一の工程において作製することができ、２つの第１磁性体部材４０および２つの第２磁性体部材５０を容易に作製できる。

　図１５に示すように、第１磁性体部材４０は、絶縁層３０に直交する方向から見て、円形の外形を有し、かつ、第１磁気抵抗素子３２０ａ，３２０ｂの外周縁より内側の領域に位置している。本実施形態においては、第１磁性体部材４０は、絶縁層３０に直交する方向から見て、第１磁気抵抗素子３２０ａ，３２０ｂの外周縁と同心状に位置している。

　本実施形態においては、第１磁性体部材４０は、絶縁層３０に直交する方向から見て、第１磁気抵抗素子３２０ａ，３２０ｂおよび第２磁気抵抗素子３３０ａ，３３０ｂのうちの第１磁気抵抗素子３２０ａ，３２０ｂの中央部のみを覆っている。よって、絶縁層３０に直交する方向から見て、第１磁性体部材４０は、第１磁気抵抗素子３２０ａ，３２０ｂの外周部に囲まれている。

　第２磁性体部材５０は、絶縁層３０に直交する方向から見て、第１磁気抵抗素子３２０ａ，３２０ｂおよび第２磁気抵抗素子３３０ａ，３３０ｂのうちの第２磁気抵抗素子３３０ａ，３３０ｂのみを覆っている。第２磁気抵抗素子３３０ａ，３３０ｂは、絶縁層３０に直交する方向から見て、第２磁性体部材５０の中心から、第２磁性体部材５０の外周縁から内側に７μｍ離れた位置までの、領域に位置していることが好ましい。第２磁性体部材５０は、電磁鋼、軟鉄鋼、ケイ素鋼、パーマロイ、スーパーマロイ、ニッケル合金、鉄合金またはフェライトなどの、透磁率および飽和磁束密度の高い磁性体材料で構成されている。また、これらの磁性体材料は、保持力が低いことが好ましい。

　本発明の実施形態３に係る磁気センサ３は、垂直磁界による第２磁気抵抗素子３３０ａ，３３０ｂの抵抗変化を抑制しつつ、第１磁性体部材４０によって第１磁気抵抗素子３２０ａ，３２０ｂの垂直磁界の検出感度を高めることができる。

　また、本発明の実施形態３に係る磁気センサ３は、第２磁性体部材５０によって水平磁界による第２磁気抵抗素子３３０ａ，３３０ｂの抵抗変化を抑制しつつ、第１磁性体部材４０によって第１磁気抵抗素子３２０ａ，３２０ｂの水平磁界の検出感度を高めることができる。

　第１磁性体部材４０によって第１磁気抵抗素子３２０ａ，３２０ｂの水平磁界の検出感度を高めることができる理由は、第１磁性体部材４０に覆われていることにより第１磁気抵抗素子３２０ａ，３２０ｂの中央部に印加される水平磁界の強度は低くなるが、第１磁気抵抗素子３２０ａ，３２０ｂの中央部より円周が長くパターン全体に占める抵抗値の比率が大きい第１磁気抵抗素子３２０ａ，３２０ｂの外周部に、第１磁性体部材４０から高い磁界強度で放出された水平方向の磁界が印加されるため、全体的に見ると、第１磁性体部材４０によって第１磁気抵抗素子３２０ａ，３２０ｂに印加される水平磁界の強度が高くなるためである。

　本実施形態に係る磁気センサ３においても、垂直磁界および水平磁界を高感度に検出することができる。また、本発明の実施形態３に係る磁気センサ３は、第１磁気抵抗素子３２０ａ，３２０ｂが同心円状に配置された複数の第１単位パターンを含むことにより、水平磁界の検出の等方性が高い。

　なお、本実施形態においては、第２磁気抵抗素子３３０ａ，３３０ｂは、第２磁性体部材５０により磁気シールドされて、垂直磁界および水平磁界をほとんど検出しないため、必ずしも第２磁気抵抗素子３３０ａ，３３０ｂの抵抗変化率が、第１磁気抵抗素子３２０ａ，３２０ｂの抵抗変化率より小さくなくてもよい。

　(実施形態４)
　以下、本発明の実施形態４に係る磁気センサについて図を参照して説明する。なお、本発明の実施形態４に係る磁気センサは、第１磁気抵抗素子および第２磁気抵抗素子の各々が有するパターンが主に、本発明の実施形態３に係る磁気センサ３と異なるため、本発明の実施形態３に係る磁気センサ３と同様である構成については説明を繰り返さない。

　図１９は、本発明の実施形態４に係る磁気センサの構成を示す斜視図である。図２０は、図１９の磁気センサを矢印ＸＸ方向から見た平面図である。図１９，２０に示すように、本発明の実施形態４に係る磁気センサ４は、回路基板４００と、回路基板４００上に設けられた、２つの第１磁性体部材４０および２つの第２磁性体部材５０とを備える。

　本発明の実施形態４に係る磁気センサ４の回路基板４００には、互いに配線によって電気的に接続されてホイートストンブリッジ型のブリッジ回路を構成する４つの磁気抵抗素子が設けられている。４つの磁気抵抗素子は、２組の第１磁気抵抗素子および第２磁気抵抗素子からなる。具体的には、磁気センサ４は、第１磁気抵抗素子４２０ａおよび第２磁気抵抗素子４３０ａと、第１磁気抵抗素子４２０ｂおよび第２磁気抵抗素子４３０ｂとを含んでいる。

　第１磁気抵抗素子４２０ａ，４２０ｂは、絶縁層３０に直交する方向から見て、２重渦巻き状パターンを有している。２重渦巻き状パターンは、絶縁層３０に直交する方向から見て、仮想円の円周に沿って仮想円の径方向に並ぶように同心円状に配置されて互いに接続された２つの第１単位パターンを含む。

　２重渦巻き状パターンは、第１単位パターンである一方の渦巻き状パターン、第１単位パターンである他方の渦巻き状パターン、および、一方の渦巻き状パターンと他方の渦巻き状パターンとを２重渦巻き状パターンの中央部にて連結するＳ字状パターンを含む。Ｓ字状パターンは、直線状延在部を含まず、湾曲部のみから構成されている。

　第１磁気抵抗素子４２０ａと第１磁気抵抗素子４２０ｂとは、Ｓ字状パターンの向きが互いに異なるように、２重渦巻き状パターンの周方向の向きが異なっている。

　本実施形態においては、第１磁気抵抗素子４２０ａと第１磁気抵抗素子４２０ｂとは、Ｓ字状パターンの向きが互いに９０°異なるように、２重渦巻き状パターンの周方向の向きが９０°異なっている。

　なお、２重渦巻き状パターンは逆方向に巻いていてもよく、この場合、２重渦巻き状パターンの中央部が湾曲部のみからなる逆Ｓ字状パターンで構成される。すなわち、一方の渦巻き状パターンと他方の渦巻き状パターンとが、逆Ｓ字状パターンによって接続される。

　図２０に示すように、第２磁気抵抗素子４３０ａ，４３０ｂは、絶縁層３０に直交する方向から見て、第１磁気抵抗素子４２０ａ，４２０ｂの外周縁より外側に位置している。第２磁気抵抗素子４３０ａ，４３０ｂは、絶縁層３０に直交する方向から見て、ミアンダ状パターンを有している。第２磁気抵抗素子４３０ａ，４３０ｂのミアンダ状パターンは、第１磁気抵抗素子４２０ａ，４２０ｂの２重渦巻き状パターンと同じ太さで形成されている。ただし、第２磁気抵抗素子４３０ａ，４３０ｂのミアンダ状パターンの太さが、第１磁気抵抗素子４２０ａ，４２０ｂの２重渦巻き状パターンの太さより細くてもよい。

　図２０に示すように、第１磁性体部材４０は、絶縁層３０に直交する方向から見て、円形の外形を有し、かつ、第１磁気抵抗素子４２０ａ，４２０ｂの外周縁より内側の領域に位置している。本実施形態においては、第１磁性体部材４０は、絶縁層３０に直交する方向から見て、第１磁気抵抗素子４２０ａ，４２０ｂの外周縁と同心状に位置している。

　本実施形態においては、第１磁性体部材４０は、絶縁層３０に直交する方向から見て、第１磁気抵抗素子４２０ａ，４２０ｂおよび第２磁気抵抗素子４３０ａ，４３０ｂのうちの第１磁気抵抗素子４２０ａ，４２０ｂの中央部のみを覆っている。よって、絶縁層３０に直交する方向から見て、第１磁性体部材４０は、第１磁気抵抗素子４２０ａ，４２０ｂの外周部に囲まれている。

　第２磁性体部材５０は、絶縁層３０に直交する方向から見て、第１磁気抵抗素子４２０ａ，４２０ｂおよび第２磁気抵抗素子４３０ａ，４３０ｂのうちの第２磁気抵抗素子４３０ａ，４３０ｂのみを覆っている。

　本発明の実施形態４に係る磁気センサ４は、垂直磁界による第２磁気抵抗素子４３０ａ，４３０ｂの抵抗変化を抑制しつつ、第１磁性体部材４０によって第１磁気抵抗素子４２０ａ，４２０ｂの垂直磁界の検出感度を高めることができる。

　また、本発明の実施形態４に係る磁気センサ４は、第２磁性体部材５０によって水平磁界による第２磁気抵抗素子４３０ａ，４３０ｂの抵抗変化を抑制しつつ、第１磁性体部材４０によって第１磁気抵抗素子４２０ａ，４２０ｂの水平磁界の検出感度を高めることができる。

　本実施形態に係る磁気センサ４においても、垂直磁界および水平磁界を高感度に検出することができる。また、本発明の実施形態４に係る磁気センサ４は、第１磁気抵抗素子４２０ａ，４２０ｂが同心円状に配置された複数の第１単位パターンを含むことにより、水平磁界の検出の等方性が高い。

　なお、本実施形態においては、第２磁気抵抗素子４３０ａ，４３０ｂは、第２磁性体部材５０により磁気シールドされて、垂直磁界および水平磁界をほとんど検出しないため、必ずしも第２磁気抵抗素子４３０ａ，４３０ｂの抵抗変化率が、第１磁気抵抗素子４２０ａ，４２０ｂの抵抗変化率より小さくなくてもよい。

　(実施形態５)
　以下、本発明の実施形態５に係る磁気センサについて図を参照して説明する。なお、本発明の実施形態５に係る磁気センサは、第１磁気抵抗素子および第２磁気抵抗素子が有するパターン、並びに、第１磁性体部材の形状が主に、本発明の実施形態１に係る磁気センサ１と異なるため、本発明の実施形態１に係る磁気センサ１と同様である構成については説明を繰り返さない。

　図２１は、本発明の実施形態５に係る磁気センサの構成を示す平面図である。図２２は、本発明の実施形態５に係る磁気センサの第１磁気抵抗素子のパターンを示す平面図である。図２３は、本発明の実施形態５に係る磁気センサの第２磁気抵抗素子のパターンを示す平面図である。

　図２１に示すように、本発明の実施形態５に係る磁気センサ５は、回路基板５００と、回路基板５００上に設けられた２つの第１磁性体部材４５とを備える。

　図２１，２２に示すように、本発明の実施形態５に係る磁気センサ５の第１磁気抵抗素子５２０ａ，５２０ｂのパターンは、絶縁層３０に直交する方向から見て、仮想円Ｃ₅の円周に沿って仮想円Ｃ₅の径方向に並ぶように配置されて互いに接続された４つの第１単位パターンを含む。４つの第１単位パターンの各々は、仮想円Ｃ₅の円周において配線１４６，１４８，１５０，１５２が位置する部分が開放した仮想Ｃ字形状Ｃ₅₁に沿って位置している。４つの第１単位パターンの各々は、仮想Ｃ字形状Ｃ₅₁に沿って仮想円Ｃ₅の径方向に並ぶように同心状に配置されたＣ字状パターン５２１である。

　４つのＣ字状パターン５２１は、内側から順に一端と他端とで交互に互いに接続されている。一端同士が接続されているＣ字状パターン５２１は、仮想円Ｃ₅の径方向に延びる直線状パターン５２２によって互いに接続されている。他端同士が接続されているＣ字状パターン５２１は、仮想円Ｃ₅の径方向に延びる直線状パターン５２３によって互いに接続されている。

　第１磁気抵抗素子５２０ａ，５２０ｂのパターン５２０は、２つの直線状パターン５２２および１つの直線状パターン５２３を含む。これにより、４つのＣ字状パターン５２１が直列に接続されている。

　最も外側に位置するＣ字状パターン５２１の外周縁が、第１磁気抵抗素子５２０ａ，５２０ｂの外周縁となる。最も内側に位置するＣ字状パターン５２１の内周縁が、第１磁気抵抗素子５２０ａ，５２０ｂの内周縁となる。

　図２１に示すように、第１磁気抵抗素子５２０ａと第１磁気抵抗素子５２０ｂとは、仮想Ｃ字形状Ｃ₅₁の向きが互いに異なるように周方向の向きが異なっている。すなわち、第１磁気抵抗素子５２０ａと第１磁気抵抗素子５２０ｂとは、Ｃ字状パターン５２１の向きが互いに異なるように、パターン５２０の周方向の向きが異なっている。

　本実施形態においては、第１磁気抵抗素子５２０ａと第１磁気抵抗素子５２０ｂとは、Ｃ字状パターン５２１の向きが互いに９０°異なるように、パターン５２０の周方向の向きが９０°異なっている。

　図２１，２３に示すように、第２磁気抵抗素子５３０ａ，５３０ｂは、絶縁層３０に直交する方向から見て、仮想円Ｃ₅の中心側に位置し、第１磁気抵抗素子５２０ａ，５２０ｂに囲まれている。すなわち、第２磁気抵抗素子５３０ａ，５３０ｂは、絶縁層３０に直交する方向から見て、第１磁気抵抗素子５２０ａ，５２０ｂの内周縁より内側に位置している。

　第２磁気抵抗素子５３０ａは、仮想円Ｃ₅の中心側から仮想円Ｃ₅の外側まで繋がった配線１４６，１４８と接続されている。第２磁気抵抗素子５３０ｂは、仮想円Ｃ₅の中心側から仮想円Ｃ₅の外側まで繋がった配線１５０，１５２と接続されている。

　第２磁気抵抗素子５３０ａ，５３０ｂは、絶縁層３０に直交する方向から見て、２重渦巻き状パターン５３０を有している。２重渦巻き状パターン５３０は、２つの第２単位パターンのうちの１つである一方の渦巻き状パターン５３１、２つの第２単位パターンのうちの他の１つである他方の渦巻き状パターン５３２、および、一方の渦巻き状パターン５３１と他方の渦巻き状パターン５３２とを２重渦巻き状パターン５３０の中央部にて接続する逆Ｓ字状パターン５３３を含む。逆Ｓ字状パターン５３３は、長さが１０μｍより短い複数の直線状延在部で構成されている。

　２重渦巻き状パターン５３０は、パターン５２０と同じ太さで形成されている。従って、一方の渦巻き状パターン５３１および他方の渦巻き状パターン５３２の各々は、４つのＣ字状パターン５２１の各々と同じ太さである。ただし、２重渦巻き状パターン５３０の太さが、パターン５２０の太さより細くてもよい。

　図２３に示すように、２重渦巻き状パターン５３０は、仮想円Ｃ₅の中心に関して略点対称の形状を有している。すなわち、２重渦巻き状パターン５３０は、仮想円Ｃ₅の中心に関して略１８０°回転対称な形状を有している。

　図２１に示すように、第２磁気抵抗素子５３０ａと第２磁気抵抗素子５３０ｂとは、逆Ｓ字状パターン５３３の向きが互いに異なるように、２重渦巻き状パターン５３０の周方向の向きが異なっている。

　本実施形態においては、第２磁気抵抗素子５３０ａと第２磁気抵抗素子５３０ｂとは、逆Ｓ字状パターン５３３の向きが互いに９０°異なるように、２重渦巻き状パターン５３０の周方向の向きが９０°異なっている。

　本実施形態に係る磁気センサ５においては、第１磁気抵抗素子５２０ａ，５２０ｂがＣ字状パターン５２１を有している。Ｃ字状パターン５２１は、略正８角形を構成する８辺のうちの略７辺で構成されている。このように、第１磁気抵抗素子５２０ａ，５２０ｂは、多角形を構成する辺のうちの大部分の辺で構成されているため、磁界検出の異方性が低減されている。

　さらに、本実施形態に係る磁気センサ５においては、第１磁気抵抗素子５２０ａおよび第１磁気抵抗素子５２０ｂのＣ字状パターン５２１の向きが互いに異なるように、パターン５２０の周方向の向きが異なっていることにより、磁界検出の等方性が高くなっている。

　本実施形態に係る磁気センサ５においては、第２磁気抵抗素子５３０ａ，５３０ｂが２重渦巻き状パターン５３０を有している。２重渦巻き状パターン５３０は、主に略正８角形を構成する辺が巻き回されて構成されている。

　本実施形態に係る磁気センサ５においては、第２磁気抵抗素子５３０ａおよび第２磁気抵抗素子５３０ｂの逆Ｓ字状パターン５３３の向きが互いに異なるように、２重渦巻き状パターン５３０の周方向の向きが異なっていることにより、磁気抵抗効果の等方性が高くなっている。

　本実施形態に係る磁気センサ５においては、第１磁気抵抗素子５２０ａ，５２０ｂの内側に第２磁気抵抗素子５３０ａ，５３０ｂを配置しているため、磁気センサ５を小形にできる。また、磁気センサ５においても、第１磁気抵抗素子５２０ａ，５２０ｂと第２磁気抵抗素子５３０ａ，５３０ｂとを接続する配線を立体的に引き回す必要がないため、簡易な製造プロセスで回路基板５００を製造可能である。

　本実施形態に係る磁気センサ５においては、絶縁層３０上に２つの第１磁性体部材４５が配置されている。図２１に示すように、第１磁性体部材４５は、絶縁層３０に直交する方向から見て、正８角形の外形を有し、かつ、第１磁気抵抗素子５２０ａ，５２０ｂの外周縁より内側の領域に位置している。ここで、第１磁気抵抗素子５２０ａ，５２０ｂの外周縁より内側の領域とは、絶縁層３０に直交する方向から見て、第１磁気抵抗素子５２０ａ，５２０ｂの外周縁端を仮想直線で結んだ際に囲まれる領域である。この第１磁気抵抗素子５２０ａ，５２０ｂの外周縁より内側の領域と、第１磁性体部材４５の半分以上が重なっていることが好ましく、第１磁性体部材４５の２/３以上が重なっていることがより好ましい。

　第１磁性体部材４５は、絶縁層３０に直交する方向から見て、第１磁気抵抗素子５２０ａ，５２０ｂの内周縁より内側の領域に位置している。第１磁性体部材４５は、絶縁層３０に直交する方向から見て、第１磁気抵抗素子５２０ａ，５２０ｂの内周縁上および内周縁より内側の領域を含む領域に位置していてもよい。ここで、第１磁気抵抗素子５２０ａ，５２０ｂの内周縁より内側の領域とは、絶縁層３０に直交する方向から見て、第１磁気抵抗素子５２０ａ，５２０ｂの内周縁端を仮想直線で結んだ際に囲まれる領域である。この第１磁気抵抗素子５２０ａ，５２０ｂの内周縁より内側の領域と、第１磁性体部材４５の半分以上が重なっていることが好ましく、第１磁性体部材４５の２/３以上が重なっていることがより好ましい。

　本実施形態においては、第１磁性体部材４５は、絶縁層３０に直交する方向から見て、第１磁気抵抗素子５２０ａ，５２０ｂの外周縁と同心状に位置している。

　本実施形態においては、第１磁性体部材４５は、絶縁層３０に直交する方向から見て、第１磁気抵抗素子５２０ａ，５２０ｂおよび第２磁気抵抗素子５３０ａ，５３０ｂのうちの第２磁気抵抗素子５３０ａ，５３０ｂのみを覆っている。よって、絶縁層３０に直交する方向から見て、第１磁性体部材４０の外周は、その全周の１／２以上が第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂに取り囲まれている。

　本実施形態に係る磁気センサ５においても、垂直磁界および水平磁界を高感度に検出することができる。また、本発明の実施形態５に係る磁気センサ５は、第１磁気抵抗素子５２０ａ，５２０ｂが多角形状に配置された複数の第１単位パターンを含むことにより、水平磁界の検出の等方性が高い。

　本実施形態においては、第１磁気抵抗素子５２０ａ，５２０ｂ、第２磁気抵抗素子５３０ａ，５３０ｂ、および、第１磁性体部材４５の各々が、同心状の正８角形に沿う形状を有しているが、これらの形状は、上記に限られず、同心状の多角形に沿う形状であればよい。この多角形の角の数を多くするほど、第１磁気抵抗素子５２０ａ，５２０ｂの水平磁界の検出の等方性が高くすることができる。

　なお、本実施形態においては、第２磁気抵抗素子５３０ａ，５３０ｂは、第１磁性体部材４５により磁気シールドされて、垂直磁界および水平磁界をほとんど検出しないため、必ずしも第２磁気抵抗素子５３０ａ，５３０ｂの抵抗変化率が、第１磁気抵抗素子５２０ａ，５２０ｂの抵抗変化率より小さくなくてもよい。

　上述した実施形態の説明において、組み合わせ可能な構成を相互に組み合わせてもよい。

　今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

　１，２，３，４，５　磁気センサ、１０　磁性体層、２０　導電層、３０　絶縁層、４０，４５　第１磁性体部材、５０　第２磁性体部材、１００，２００，３００，４００，５００　回路基板、１１０　半導体基板、１２０，２３０，３３０，５２０　パターン、１２０ａ，１２０ｂ，３２０ａ，３２０ｂ，４２０ａ，４２０ｂ，５２０ａ，５２０ｂ　第１磁気抵抗素子、１２１，５２１　Ｃ字状パターン、１２２，１２３，２３１，２３２，２３３　半円弧状パターン、１３０，３２０，５３０　２重渦巻き状パターン、１３０ａ，１３０ｂ，２３０ａ，２３０ｂ，３３０ａ，３３０ｂ，４３０ａ，４３０ｂ，５３０ａ，５３０ｂ　第２磁気抵抗素子、１３１，１３２，３２１，３２２，５３１，５３２　渦巻き状パターン、１３３　逆Ｓ字状パターン、１４０，１４１　中点、１４５，１４６，１４７，１４８，１４９，１５０，１５１，１５２　配線、１６０　差動増幅器、１６１　温度補償回路、１６２　スイッチ回路、１６３　ドライバ、２３４，Ｌ₁～Ｌ₁₅　直線状延在部、３２３，５３３　Ｓ字状パターン、３２４，３２５　長さ調整用冗長部、３７０　第２単位パターン、３７０ａ　始端部、３７０ｂ　終端部、５２２，５２３　直線状パターン、Ｂ₁～Ｂ₁₄　曲部、Ｃ₁，Ｃ₂，Ｃ₃，Ｃ₅　仮想円、Ｃ₁₁，Ｃ₂₁，Ｃ₅₁　Ｃ字形状。

Claims

　第１磁気抵抗素子と、
　前記第１磁気抵抗素子と電気的に接続されてブリッジ回路を構成する第２磁気抵抗素子と、
　前記第１磁気抵抗素子および前記第２磁気抵抗素子を覆う絶縁層と、
　前記絶縁層上に位置する、第１磁性体部材および該第１磁性体部材とは異なる第２磁性体部材のうちの少なくとも前記第１磁性体部材とを備え、
　前記第１磁気抵抗素子は、外周縁および内周縁のうちの少なくとも前記外周縁を有し、
　前記第１磁性体部材は、前記絶縁層に直交する方向から見て、前記第１磁気抵抗素子の前記外周縁より内側の領域に位置しており、
　前記第２磁気抵抗素子は、前記絶縁層に直交する方向から見て、前記第１磁気抵抗素子の前記内周縁より内側の領域に位置して前記第１磁性体部材で覆われている、または、前記第１磁気抵抗素子の前記外周縁より外側の領域に位置して前記第２磁性体部材で覆われている、磁気センサ。
　前記第１磁性体部材の厚さをｘμｍとすると、
　前記第１磁気抵抗素子の少なくとも一部は、前記絶縁層に直交する方向から見て、前記第１磁性体部材の前記外周縁から内側に２μｍ離れた位置から、前記第１磁性体部材の前記外周縁から外側に下記式(Ｉ)で示すｙμｍ離れた位置までの、領域の少なくとも一部に位置している、請求項１に記載の磁気センサ。
　ｙ＝－０．０００８ｘ^２＋０．２４９５ｘ＋６．６５０６　　　(Ｉ)
　前記第１磁性体部材は、前記絶縁層に直交する方向から見て、前記第１磁気抵抗素子の前記外周縁と同心状に位置している、請求項１または請求項２に記載の磁気センサ。
　前記第２磁気抵抗素子は、前記絶縁層に直交する方向から見て、前記第１磁気抵抗素子の前記内周縁より内側の領域に位置して前記第１磁性体部材で覆われており、
　前記第１磁性体部材は、前記絶縁層に直交する方向から見て、前記第１磁気抵抗素子の前記内周縁上および前記内周縁より内側の領域を含む領域に位置している、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の磁気センサ。
　前記第２磁気抵抗素子は、前記絶縁層に直交する方向から見て、前記第１磁気抵抗素子の前記内周縁より内側の領域に位置して前記第１磁性体部材で覆われており、
　前記第１磁性体部材は、前記絶縁層に直交する方向から見て、前記第１磁気抵抗素子および前記第２磁気抵抗素子のうちの前記第２磁気抵抗素子のみを覆っている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の磁気センサ。
　前記第２磁気抵抗素子は、前記絶縁層に直交する方向から見て、前記第１磁性体部材の中心から、前記第１磁性体部材の前記外周縁から内側に７μｍ離れた位置までの、領域に位置している、請求項５に記載の磁気センサ。
　前記第２磁気抵抗素子は、前記絶縁層に直交する方向から見て、前記第１磁気抵抗素子の前記外周縁より外側の領域に位置して前記第２磁性体部材で覆われており、
　前記第１磁性体部材は、前記絶縁層に直交する方向から見て、前記第１磁気抵抗素子および前記第２磁気抵抗素子のうちの前記第１磁気抵抗素子の一部のみを覆っている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の磁気センサ。
　前記第２磁性体部材は、前記絶縁層に直交する方向から見て、前記第１磁気抵抗素子および前記第２磁気抵抗素子のうちの前記第２磁気抵抗素子のみを覆っている、請求項７に記載の磁気センサ。
　前記第２磁気抵抗素子は、前記絶縁層に直交する方向から見て、前記第２磁性体部材の中心から、前記第２磁性体部材の前記外周縁から内側に７μｍ離れた位置までの、領域に位置している、請求項８に記載の磁気センサ。
　前記第１磁気抵抗素子は、前記絶縁層に直交する方向から見て、同心状に配置されて互いに接続された複数の第１単位パターンを含む、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の磁気センサ。